KR101704390B1 - Spiral ct systems and reconstruction methods - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나선형 CT 시스템 및 그 재구성 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서는, 나선형 CT 시스템을 사용하여 얻은 투영데이터의 상호 보완 투영 데이터의 가중 처리를 이용하여 대형 피치로 인한 데이터 손실을 보상하는 방법을 제공한다. 데이터를 보완한 후, 투영데이터를 원추각을 가지는 평행 빔 데이터로 재배열하고, 원추각 코싸인 가중 처리와 일차원 필터링을 진행하며, 나중에 평행 빔 역투영을 진행하여 재구성된 영상을 얻는다. 일부 실시예에 있어서, 상술한 방법을 이용하여, 종래의 탐측기의 면적과 슬립 링의 속도를 변화시키지 않는 전제하에서, 벨트속도를 1배 이상 향상시킴으로써, 수화물의 통과율을 향상시키고, 재구성된 이미지의 품질에 변화가 없도록 유지할 수 있다.The present invention relates to a spiral CT system and a reconstruction method thereof. In some embodiments, a method is provided for compensating for data loss due to large pitch using weighted processing of the complementary projection data of the projection data obtained using the spiral CT system. After the data is supplemented, the projection data is rearranged into parallel beam data having a cone angle, the cone weight cosine weighting process and one-dimensional filtering are performed, and the parallel beam backprojection is performed later to obtain a reconstructed image. In some embodiments, by using the above-described method, it is possible to improve the passing rate of the hydrate by improving the belt speed by at least 1 time under the premise that the area of the conventional probe and the speed of the slip ring are not changed, It is possible to keep the quality unchanged.
Description
본 발명은 방사 이메이징에 관한 것으로, 구체적으로 대형 피치(large pitch) CT 시스템 및 그 재구성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to radiation imaging, and more particularly, to a large pitch CT system and its reconstruction method.
CT형 수화물 보안 시스템은 중요한 폭파물 검출수단으로서 공항, 터미널 등 공공장소에서 이미 널리 사용되고 있다. CT 검출 시스템은, 주사(scanning)를 통하여 수화물의 투영데이터를 얻고, 재구성 알고리즘에 의해 단층 이미지를 얻으며, 식별 알고리즘을 통하여 폭파물을 식별하여 경보를 발송한다. 이러한 주사 방식은 일반적으로 X레이 광원 및 탐측기가 장착된 슬립 링이 회전함과 동시에 물체가 벨트를 통하여 전진하는 방식을 사용하므로, 주사 궤도는 나선 궤도에 속한다. 보안검색 장소에서의 수화물의 통과율에 대한 요구를 만족시키기 위하여, 벨트의 전진 속도는 반드시 일정한 한계값, 예를 들면 0.3m/s ~ 0.5m/s 이여야 한다. 이미지를 재구성하는데 필요한 완벽한 투영데이터를 수집하기 위하여서는, 슬립 링 회전수를 향상시키거나 탐측기의 행 수량(row number)을 증가하여야 한다. 슬립 링에 있어서 기계 강도와 안정성을 고려하면 회전수를 무한대로 향상시킬 수는 없다. 한편, X레이 광원의 원추각의 한계값과 탐측기 하드웨어의 단가를 고려하면 탐측기의 행 수량을 무한대로 증가시킬 수는 없다. 상술한 여러 요인들을 고려하면, 주사 피치(scanning pitch)를 증가하는 것만이 수화물의 통과율을 향상시키는 가장 효과적인 방법이다.The CT-type baggage security system is already widely used in public places such as airports and terminals as an important means of detecting explosions. The CT detection system obtains projection data of the hydrate through scanning, acquires a tomographic image by a reconstruction algorithm, identifies the explosion through an identification algorithm, and sends an alarm. Such a scanning method generally uses a method in which an X-ray light source and a slip ring equipped with a probe are rotated and an object advances through a belt, so that the scanning orbit belongs to a spiral orbit. In order to satisfy the requirement for the passage rate of the baggage at the security search location, the advancement speed of the belt must always be a certain limit value, for example 0.3 m / s to 0.5 m / s. In order to acquire the complete projection data necessary to reconstruct the image, the slip ring speed must be increased or the row number of the probe must be increased. Considering mechanical strength and stability of the slip ring, the number of revolutions can not be increased to infinity. On the other hand, considering the limit value of the cone angle of the X-ray source and the unit price of the probe hardware, the number of rows of the probe can not be increased infinitely. Taking into consideration the various factors mentioned above, increasing the scanning pitch is the most effective way to improve the passage rate of the hydrate.
최근, 나선형 CT 재구성 알고리즘분야에서는, 예를 들면, Katsevich 알고리즘, PI 알고리즘, CB-FBP 알고리즘 등 중요한 성과를 거두었다. 그러나, 이러한 알고리즘들은 모두 일정한 피치(pitch)를 만족시켜야 하는 바, 피치와 원추각이 커질 때 투영데이터를 손실하게 되고 재구성 결과의 오차도 커지는 경우가 있으며, 나아가서는 아티팩트(artifact)를 초래하게 된다. 이미지 품질에 대한 요구를 만족하기 위하여, 일반적으로 피치계수(pitch factor)는 1.5보다 크지 않다.Recently, in the field of spiral CT reconstruction algorithms, for example, Katsevich algorithm, PI algorithm, CB-FBP algorithm and so on have achieved significant results. However, since all of these algorithms must satisfy a certain pitch, projection data is lost when the pitch and the cone angle are large, and the error of the reconstruction result is also large, and further, artifacts are caused . In order to meet the demand for image quality, the pitch factor is generally not greater than 1.5.
보안 CT 시스템에 있어서, 재구성 알고리즘의 실시간화도 하나의 중요한 평가 요인이다. 재구성 알고리즘에서, 비 1차원 시프트 불변 형식(non-one-dimensional shift-invariant form)의 필터링, 거리 가중 계수(distance weighting factor)를 가지는 콘 빔 역투영(cone beam back projection), 대량의 비선형 방정식 계산, 비교적 큰 역투영 각도 범위의 사용은 모두 재구성 알고리즘의 효율을 저하시키므로, 가급적이면 이러한 알고리즘의 사용을 피해야 한다. 따라서 상술한 재구성 알고리즘마다 알고리즘 효율에 영향주는 부분을 포함하며 주로는 투영데이터가 완벽하거나 과잉일 때 사용된다.For secure CT systems, the realization of reconfiguration algorithms is also an important evaluation factor. In a reconstruction algorithm, a non-one-dimensional shift-invariant form of filtering, a cone beam back projection with a distance weighting factor, a large number of nonlinear equation calculations , The use of a relatively large backprojection angular range will all degrade the efficiency of the reconstruction algorithm, so preferably the use of such an algorithm should be avoided. Therefore, each of the above-described reconstruction algorithms includes a part that affects algorithm efficiency and is mainly used when the projection data is perfect or excessive.
상술한 바와 같이, 현재의 기존기술들은 대형 피치하에서의 데이터 손실의 문제점을 고려하지 않았기 때문에 대형 피치 CT 시스템에 직접 사용할 수 없다.As noted above, current prior art techniques can not be used directly in large pitch CT systems because they do not take into account the problem of data loss under large pitches.
본 발명은 종래 기술에 존재하는 하나 혹은 복수 개의 문제점을 기초로, 피치가 클 때의 이미지 재구성을 만족시킬 수 있는 나선형 CT 시스템 및 그 재구성 방법을 제공한다.The present invention provides a spiral CT system and its reconstruction method that can satisfy image reconstruction when a pitch is large based on one or a plurality of problems existing in the prior art.
본 발명의 일 측면에 의하면, 콘 빔 나선형 CT 시스템(cone-beam spiral CT system)의 피치 및 복수 행의 탐측기의 행 사이의 간격에 의해 Tam window를 피복하는데 필요한 탐측기의 최소 행 수량을 계산하는 단계; 상기 콘 빔 나선형 CT 시스템의 탐측기 행 수량이 상기 최소 행 수량보다 작을 경우, 상호보완하는 투영데이터에 대하여 가중 처리를 진행함으로써 손실된 투영데이터를 보완하는 단계; 보완된 투영데이터를 원추각을 가지는 평행 빔 데이터로 재배열하는 단계; 재배열 후의 평행 빔 데이터에 대해 원추각 코싸인 가중 처리를 진행한 후, 평행 빔 데이터로 재배열 할 때 정의한 가상 탐측기의 행 방향에 따라 일차원 필터링을 진행하는 단계; 및 필터링을 마친 데이터에 대해 가중 처리를 거치지 않은, 원추각을 가지는 평행 빔 역투영을 진행하여 재구성 이미지를 얻는 단계; 를 포함하는 콘 빔 나선형 CT 재구성 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of calculating a minimum row quantity of a probe required to cover a Tam window by a pitch of a cone-beam spiral CT system and an interval between rows of probes of plural rows ; Complementing the lost projection data by performing weighting processing on the complementary projection data when the number of rows of the probe of the cone beam helical CT system is smaller than the minimum number of rows; Rearranging the complementary projection data into parallel beam data having a cone angle; Performing one-dimensional filtering according to a row direction of a virtual probe defined when rearranging parallel beam data after rearranging into parallel beam data after proceeding with cone angle cosine weighting processing on rearranged parallel beam data; And performing a parallel beam backprojection with a cone angle that is not weighted for the filtered data to obtain a reconstructed image; Beam CT reconstruction method.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 콘 빔 나선형 CT 시스템의 피치 및 복수 행의 탐측기의 행 사이의 간격에 의해 Tam window를 피복하는데 필요한 탐측기의 최소 행 수량을 계산하는 장치; 상기 콘 빔 나선형 CT 시스템의 탐측기 행 수량이 상기 최소 행 수량보다 작을 경우, 상호보완하는 투영데이터에 대하여 가중 처리를 진행함으로써 손실된 투영데이터를 보완하는 장치; 보완된 투영데이터를 원추각을 가지는 평행 빔 데이터로 재배열하는 장치; 재배열 후의 평행 빔 데이터에 대해 원추각 코싸인 가중 처리를 진행한 후, 평행 빔 데이터로 재배열 할 때 정의한 가상 탐측기의 행 방향에 따라 일차원 필터링을 진행하는 장치; 및 필터링을 마친 데이터에 대해 가중 처리를 거치지 않은, 원추각을 가지는 평행 빔 역투영을 진행하여 재구성 이미지를 얻는 장치;를 포함하는 콘 빔 나선형 CT 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention there is provided an apparatus for calculating a minimum row count of a probe required to cover a Tam window by the pitch of a cone beam helical CT system and the spacing between rows of probes of a plurality of rows; An apparatus for compensating lost projection data by progressing a weighting process on complementary projection data when the number of rows of probes of the cone beam helical CT system is smaller than the minimum number of rows; A device for rearranging the complementary projection data into parallel beam data having a cone angle; A device for performing one-dimensional filtering according to a row direction of a virtual probe defined when rearranging parallel beam data after rearranging into parallel beam data after proceeding with a cone angle cosine weighting process on rearranged parallel beam data; And a device for obtaining a reconstructed image by advancing a parallel beam reverse projection having a cone angle without weighting processing on the filtered data.
일부 실시예에 있어서, 상술한 기술 방안을 이용하여 종래 탐측기의 면적과 슬립 링의 속도를 변화시키지 않는 전제하에, 벨트속도를 1배 이상 향상시킴으로써, 수화물의 통과율을 향상시키고, 재구성된 이미지의 품질에 변화가 없도록 유지할 수 있다.In some embodiments, by improving the belt speed by at least 1 time under the premise that the area of the conventional probe and the speed of the slip ring are not changed by using the above-described technique, the passing rate of the hydrate can be improved and the quality of the reconstructed image Can be kept unchanged.
본 발명을 더욱 잘 이해하도록 하기 위하여 아래 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CT 시스템 중의 나선 궤도 주사를 도시하는 도면으로서 탐측기의 회색 영역은 Tam window를 표시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부채꼴 주사에서의 한쌍의 공액 광선(conjugate rays)에 대한 정의를 표시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CT 설비의 구조도이다.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 컴퓨터 데이터 프로세서(computer data processor)의 구조 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어기의 구조 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 재구성 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 나선 궤도에 따라 주사할 때의 공액 투영 보간(補間) 값을 나타내는 도면이다.
도 8은 원추각을 가지는 평행 빔 및 가상 탐측기로 재배열 된 도면을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 구체적인 실시예에서 피치가 3.9cm일 때의 재구성 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 구체적인 실시예에서 피치가 6cm일 때의 재구성 결과를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the present invention, the present invention will be described in more detail with reference to the following drawings.
FIG. 1 is a view showing a helical orbital scan in a CT system according to an embodiment of the present invention, wherein the gray area of the probe indicates a full window.
Figure 2 shows a definition of a pair of conjugate rays in a sector scan according to an embodiment of the present invention.
3 is a structural view of a CT facility according to an embodiment of the present invention.
4 is a structural block diagram of a computer data processor as shown in FIG.
5 is a structural block diagram of a controller according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a reconfiguration method according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing a conjugate projection interpolation value when scanning according to the helical trajectory according to the embodiment of the present invention.
Figure 8 shows a diagram rearranged with a parallel beam and a virtual probe having cone angles.
9 shows a reconstruction result when the pitch is 3.9 cm in one specific embodiment of the present invention.
Fig. 10 shows a reconstruction result when the pitch is 6 cm in one specific embodiment of the present invention.
아래 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 주의해야 할 것은, 여기에서 설명하는 실시예는 예시적인 것일 뿐 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 아래의 설명에 있어서 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 많은 부분에 대해 특정적으로 설명하나, 당업자들은 이러한 특정적인 부분을 사용하지 않아도 본 발명을 실시할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 기타 예에 있어서, 본 발명의 취지를 흐리지 않도록, 공지의 구조, 재료, 혹은 방법에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS It should be noted that the embodiments described herein are illustrative and not intended to limit the present invention. In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention, but it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures, materials, or methods are not described in detail so as not to obscure the spirit of the present invention.
명세서에 있어서, "일 실시예", "실시예", "하나의 예" 혹은 "예"에 대한 언급은, 이 실시예 혹은 예를 결합하여 설명하는 특정적인 특징, 구조, 혹은 특성들이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서의 각 부분에서 나타나는 "일 실시예에 있어서", "실시예에서", "일 예" 혹은 "예" 등 용어들은 동일한 실시예 혹은 예에 국한되지 않는다. 또한, 임의의 적절한 조합 및/또는 서브 조합들로 특정적인 특징, 구조 혹은 특성들을 하나 혹은 복수 개의 실시예 혹은 예에 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 당업자들은, 여기에서 사용되는 용어 "및/또는"은 하나 혹은 복수 개의 관련 특징의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Reference in the specification to "one embodiment", "an embodiment", "an example", or "an instance" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment Quot; is included in at least one embodiment of < / RTI > Accordingly, the appearances of the phrases " in one embodiment, "" an embodiment," " an example, "or" an example, " In addition, certain features, structures, or characteristics may be used in combination with one or more embodiments or examples in any suitable combination and / or subcombination. Also, those skilled in the art will appreciate that the term "and / or" as used herein includes any and all combinations of one or more related features.
종래 기술이 피치가 큰 경우, 특히 피치계수가 1.5보다 큰 경우에 재구성 요구를 만족시키지 못하는데 비하여, 본 발명의 실시예에서는 나선형 CT 시스템을 이용하여 얻은 투영데이터의 상호보완투영데이터에 대한 가중 처리를 이용하여 대형 피치로 인한 데이터 손실을 보상하는 방법을 제공한다. 데이터에 대한 모든 보완이 완료된 후, 투영데이터를 원추각을 가지는 평행 빔 데이터로 재배열하고, 원추각 코싸인 가중 처리 및 일차원 필터링을 진행하며, 마지막으로 평행 빔 역투영을 진행하여 재구성된 이미지를 얻는다. 일부 실시예에 있어서, 상술한 방법을 사용하여 종래의 탐측기 면적과 슬립 링의 속도를 변화시키지 않는 전제하에서 벨트속도를 1배 이상 향상시킴으로써, 수화물의 통과율을 향상시키고, 또한 재구성된 이미지의 품질에 변화가 없도록 유지할 수 있다.In contrast, while the prior art does not satisfy the reconstruction requirement when the pitch is large, especially when the pitch coefficient is greater than 1.5, the embodiment of the present invention uses weighted processing of the complementary projection data of the projection data obtained using the spiral CT system To compensate for data loss due to large pitches. After all the data has been supplemented, the projection data is rearranged into parallel beam data having a cone angle, the cone weight cosine weighting process and the one-dimensional filtering process are performed, and finally the parallel beam backward projection is performed to reconstruct the reconstructed image . In some embodiments, by using the above-described method to improve the belt rate by more than one-fold under the premise that the conventional probe area and the slip ring speed are not changed, the passing rate of the hydrate is improved and the quality of the reconstructed image is improved It can be kept unchanged.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CT 시스템의 나선 궤도 주사를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, X레이 광원(110)의 회전 반경을 R, 슬립 링이 일회 회전할 때 벨트가 전진하는 거리(피치라고 한다)를 h, 기둥면 등각 탐측기(cylindrical equiangular detectors)(120)의 부채꼴 빔의 화각을 , X레이 광원(110)으로부터 탐측기(120)까지의 거리를 D라 한다. 그리고 탐측기(120)의 행 수량을 , 행 사이의 간격을 라고 한다. 그러면 피치계수를 아래와 같이 정의내릴 수 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a helical orbital scan of a CT system according to an embodiment of the present invention; FIG. 1, the rotation radius of the
슬립 링의 회전과 벨트의 평행이동(translation)은 상대적으로 운동하는 나선 궤도(131)를 형성한다. 물체를 주사하는 좌표계에서, X레이 광원의 운동 궤적은 아래의 식으로 표시할 수 있다.The rotation of the slip ring and the translation of the belt form a
나선형 주사 궤도에서, 정확한 재구성에 필요한 투영데이터는, 이격 거리가 가장 가까운 두 부분의 나선이 탐측기 상에서의 투영, 즉 Tam-Danielsson window(이하, Tam window이라 약함)(121)에 의해 피복되는 투영데이터로서, 도 1에 도시된 바와 같다. 이로부터, 행 사이의 간격 과 피치 h 등 파라미터가 정해졌을 때, Tam window를 피복하는데 필요한 최소 탐측기의 행 수량을 계산할 수 있다.In the helical scan trajectory, the projection data necessary for correct reconstruction is obtained by projecting data on the projection data on the probe, i.e., the projection data, which is covered by the projection on the probe, i.e., the Tam-Danielsson window As shown in Fig. From this, And pitch h, parameters can be calculated to calculate the minimum number of rows of probes required to cover the Tam window.
상기 [수학식 3]으로부터 탐측기의 행 수량, 행 사이의 간격 및 부채꼴 각이 정해진 CT 시스템에 있어서, 그 시스템이 허용하는 최대 피치 및 최대 피치계수를 유도할 수 있다.From the above equation (3), it is possible to derive the maximum pitch and the maximum pitch coefficient allowed by the system in the CT system in which the row number of the probe, the spacing between the rows, and the sector angle are fixed.
예를 들면, 부채꼴 각 일 때, 최대 피치계수는 1.3이다.For example, , The maximum pitch coefficient is 1.3.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부채꼴 주사에서의 한쌍의 공액 광선에 대한 정의를 표시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, X레이 광원(210)의 회전 반경을 R , 슬립 링이 일회 회전할 때 벨트가 전진하는 거리(피치라 한다)를 , 기둥면 등각 탐측기(220)의 부채꼴 빔의 화각을 , X레이 광원(210)으로부터 탐측기(220) 까지의 거리를 D 라 한다. 2차원 부채꼴 주사에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일 직선을 지나는 두갈래의 방사선, 즉 방사원의 위치(210)으로부터 위치(210')까지의 방사선과 위치(210')로부터 위치(210)까지의 방사선을 한쌍의 공액 광선 이라 한다. 콘 빔 나선형 주사(cone beam spiral scanning)에서는 엄밀한 한쌍의 공액 광선이 존재하지 않으나, 유사한 관계가 있는 상호보완투영을 정의할 수 있다.2 shows a definition of a pair of conjugate rays in a sector scan according to an embodiment of the present invention. 2, the rotation radius of the
이와 같이, 역투영에 있어서, 나선형 재구성 알고리즘은 상호보완하는 투영데이터를 이용하여 과잉 가중 처리를 진행하거나 혹은 손실된 데이터를 보완할 수 있다.Thus, in the back projection, the spiral reconstruction algorithm can either use the complementary projection data to advance the excess weighting process or to supplement the lost data.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CT 설비의 구조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 CT 설비는, 프레임(20), 탑재 유닛(40), 제어기(50), 컴퓨터 데이터 프로세서(60) 등을 포함한다. 프레임(20)은, X-레이 기기와 같은 검출용 X-레이를 발사하는 방사원(10); 및 탐측 및 수집 장치(30);를 포함한다. 탑재 유닛(40)은, 피검사 수화물(70)을 탑재하여 프레임(20)의 방사원(10)과 탐측 및 수집 장치(30) 사이의 주사 영역을 통과한다. 이와 동시에, 프레임(20)은 피검사 수화물(70)의 전진 방향을 중심으로 회전하여, 방사원(10)으로부터 발사되는 콘 빔 방사선이 피검사 수화물(70)을 투과할 수 있도록 하여 피검사 수화물(70)에 대해 CT 주사를 진행한다.3 is a structural view of a CT facility according to an embodiment of the present invention. 3, the CT apparatus according to the present embodiment includes a
탐측 및 수집 장치(30)는, 예를 들면, 일체형 모듈 구조를 가지는 탐측기 및 데이터 수집기기 일 수 있다. 예를 들면 복수 행의 탐측기는, 피검사체를 투과하는 방사선을 탐측하여 아날로그 신호를 얻어서 이를 디지털 신호로 전환하기 위한 것으로, X-레이에 의한 피검사 수화물(70)의 투영데이터를 출력한다. 제어기(50)는, 전체 시스템의 각 부분의 동기화 운행을 제어하기 위한 것이다. 컴퓨터 데이터 프로세서(60)는, 데이터 수집기가 수집한 데이터를 처리하기 위한 것으로, 데이터를 처리 및 재구성하여 결과를 출력한다.The probing and collecting
도 3에 도시된 바와 같이, 방사원(10)은 피검사체의 일측에 놓일 수 있으며, 탐측 및 수집 장치(30)는 피검사 수화물(70)의 다른 일측에 배치되며 피검사 수화물(70)의 투과 데이터 및/혹은 다각도 투영데이터를 얻기 위한 탐측기와 데이터 수집기를 포함한다. 데이터 수집기는 데이터 증폭 성형 회로(data amplification and shaping circuit)를 포함하는데, 이는 (전류) 적분 방식 혹은 펄스 (카운트) 방식으로 동작할 수 있다. 탐측 및 수집 장치(30)의 데이터 출력 케이블은 제어기(50) 및 컴퓨터 데이터 프로세서(60)에 연결되며, 트리거 명령에 의해 수집한 데이터를 컴퓨터 데이터 프로세서(60)에 저장한다.3, the
도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 컴퓨터 데이터 프로세서의 구조 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 수집기에 수집된 데이터는 인터페이스 유닛(68)과 버스(BUS)(64)를 통하여 메모리(61)에 저장된다. 읽기 전용 메모리 (ROM)(62)에는 컴퓨터 데이터 프로세서의 설정 정보 및 프로그램이 저장되어 있다. 랜덤 액세스 메모리 (RAM)(63)는 프로세서(66)의 작동 과정의 각종 데이터를 일시적으로 저장하기 위한 것이다. 또한, 메모리(61)에는 데이터 처리를 위한 컴퓨터 프로그램도 저장되어 있다. 내부 버스(64)는 상술한 메모리(61), 읽기 전용 메모리(62), 랜덤 액세스 메모리(63), 입력 장치(65), 프로세서(66), 디스플레이 장치(67), 및 인터페이스 유닛(68)에 연결된다.4 is a structural block diagram of a computer data processor as shown in FIG. As shown in Fig. 4, the data collected in the data collector is stored in the
사용자가 키보드, 마우스 등과 같은 입력 장치(65)를 통하여 작동 명령을 입력하면, 컴퓨터 프로그램의 명령 코드는 프로세서(66)가 소정의 데이터 재구성 알고리즘을 실행하도록 명령하며, 데이터 처리 결과를 얻은 후, 이를 예를 들면 LCD 디스플레이와 같은 디스플레이 장치(67)에 표시하거나, 혹은 직접 프린팅과 같은 하드 카피 형식으로 처리 결과를 출력한다.When the user inputs an operation command via an
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어기의 구조 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(50)는, 컴퓨터(60)로부터의 명령에 따라 방사원(10), 탑재 유닛(40), 및 탐측 및 수집 장치(30)를 제어하는 제어 유닛(51); 제어 유닛의 제어하에 방사원(10), 탐측 및 수집 장치(30), 및 탑재 유닛(40)의 동작을 트리거링하기 위한 트리거 명령을 생성하기 위한 트리거 신호 생성 유닛(52); 트리거 신호 생성 유닛(52)이 제어 유닛(51)의 제어하에 생성한 트리거 명령에 따라 탑재 유닛(40)을 구동하여 피검사 수화물(70)을 수송하도록 하는 제1 구동 설비(53); 트리거 신호 생성 유닛(52)이 제어 유닛(51)의 제어하에 생성한 트리거 명령에 따라 프레임(20)을 회전하도록 하는 제2 구동 설비(54);를 포함한다. 탐측 및 수집 장치(30)가 얻은 투영데이터는 컴퓨터(60)에 저장되어 CT 단층 이미지 재구성에 응용되여, 피검사 수화물(70)의 단층 이미지 데이터를 얻을 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상술한 CT 이메이징 시스템은 듀얼 에너지 CT 시스템(dual-energy CT system) 일 수도 있다. 즉, 프레임(20)의 X레이 방사원(10)은 하이 에너지 방사선(high-energy ray) 및 로우 에너지 방사선(low-energy ray)을 발사할 수 있으며, 탐측 및 수집 장치(30)가 부동한 에너지 레벨하에서의 투영데이터를 탐측한 후, 컴퓨터 데이터 프로세서(60)가 듀얼 에너지 CT 재구성을 진행하여 피검사 수화물(70)의 각 단층의 등가 원자 번호 및 등가 전자 밀도 데이터를 얻을 수 있다.5 is a structural block diagram of a controller according to an embodiment of the present invention. 5, the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 재구성 방법의 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 단계(S61)에서는, 콘 빔 나선형 CT 시스템의 피치 및 복수 행의 탐측기의 행 사이의 간격에 따라 Tam window을 피복하는데 필요한 탐측기의 최소 행 수량을 계산한다. 예를 들면, 피치, 행 사이의 간격 등 파라미터에 의해 Tam window을 피복하는데 필요한 최소 탐측기 행 수량인 을 계산한다.6 is a flowchart of a reconfiguration method according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 6, in step S61, the minimum row quantity of the probe required to cover the Tam window is calculated according to the pitch of the cone beam helical CT system and the spacing between the rows of the probes of plural rows. For example, the minimum number of probe rows required to cover the Tam window by parameters such as pitch, spacing between rows .
단계(S62)에서는, 상기 콘 빔 나선형 CT 시스템의 탐측기 행 수량이 상기 탐측기의 최소 행 수량보다 작을 경우, 상호보완하는 투영데이터에 대하여 가중 처리를 진행함으로써 손실된 투영데이터를 보완한다. 예를 들면, 실제 탐측기 행 수량이 보다 작으면, 상호보완투영을 통하여 손실된 데이터를 보완한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 두가지 경우로 나뉜다.In step S62, when the number of rows of the probes of the cone beam helical CT system is smaller than the minimum number of rows of the probes, the weighted processing is performed on the complemented projection data to compensate the lost projection data. For example, if the actual , The complementary projection compensates for the missing data. As shown in Fig. 7, there are two cases.
1) 일때,One) when,
2)이와 유사하게, 일때,2) Similarly, when,
여기서, s는 탐측기 행(원추각) 방향 좌표, α는 탐측기 열(부채꼴 각) 방향 좌표, λ는 투영각, smin은 탐측기 행(원추각) 방향 좌표의 최소값, smax은 탐측기 행(원추각) 방향 좌표의 최대값, R은 X레이 광원의 회전 반경, h는 슬립 링이 일회 회전할 때 벨트가 전진하는 거리 즉 피치, D는 X레이 광원으로부터 기둥 면 탐측기까지의 거리를 나타낸다.Where s is the coordinate in the direction of the probe (cone angle), α is the coordinate in the direction of the probe column (sector angle), λ is the projection angle, smin is the minimum value in the direction of the probe row (cone angle), smax is the probe row R is the radius of rotation of the X-ray source, h is the distance that the belt advances when the slip ring rotates once, that is, pitch, and D is the distance from the X-ray source to the column surface probe.
단계(S63)에서는, 모든 보완된 투영데이터 를 원추각을 가지는 평행 빔 데이터 로 재배열한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 재배열된 가상 탐측기는, 회전 중심을 지나는 z축에 평행되는 구형 영역이며, 그 폭이 실제 기둥면 탐측기의 부채꼴 각이 덮는 시야 직경 와 같다.In step S63, all the complementary projection data Parallel beam data having a cone angle . As shown in Fig. 8, the rearranged virtual probe is a spherical region parallel to the z-axis passing through the center of rotation and the width of which is the field diameter of the actual circular- .
단계(S64)에서는, 재배열 후의 데이터에 대해 우선 원추각 코싸인 가중 처리를 진행한 후, 일차원 필터링을 진행하는데, 필터링 방향은 가상 탐측기의 행 방향을 따른다. 필터링 과정이 1차원 시프트 불변 형식(one-dimensional shift-invariant form)이므로, 고속 푸리에 변환을 사용하여 필터링을 진행할 수 있다. 필터 커널(filter kernel)은 평행 빔 필터링 역투영 알고리즘에서의 R-L 콘벌루션 커널(R-L convolution kernel)을 선택한다.In step S64, the data after the rearrangement is weighted first by the cone angle cosine, and then the one-dimensional filtering is performed. The filtering direction follows the row direction of the virtual probe. Since the filtering process is a one-dimensional shift-invariant form, filtering can be performed using fast Fourier transform. The filter kernel selects the R-L convolution kernel in the parallel beam filtering reverse projection algorithm.
단계(S65)에서는, 가중 처리가 없고 원추각을 가지는 평행 빔 역투영을 진행하여, 재구성 이미지를 얻는다.In step S65, the parallel beam reverse projection having the cone angle without weighting processing proceeds to obtain a reconstructed image.
본 실시예의 방법에 따르면, 종래의 탐측기의 면적, 슬립 링의 회전수 등 조건을 변화시키지 않는 하에서, 벨트속도를 1배 좌우 향상시키며, 나아가서 수화물의 통과율을 향상시키며, 재구성 이미지 품질이 변하지 않도록 확보한다. 한편, 본 출원의 방법을 이용하면, 특정적인 사용 환경하에서 종래의 CT 시스템 설계를 변경하여, 탐측기의 행 수량을 적당히 감소하여, 시스템 단가를 감소시킬 수 있다.According to the method of the present embodiment, it is possible to improve the belt speed by one time in the right and left direction without changing conditions such as the area of the conventional probe and the number of revolutions of the slip ring, and further improve the passing rate of the baggage, do. On the other hand, by using the method of the present application, it is possible to reduce the system cost by appropriately reducing the number of rows of the probe by changing the conventional CT system design under a specific use environment.
예를 들면, X레이 광원의 회전 반경이 50cm, 방사원으로부터 탐측기까지의 거리가 80cm, 탐측기의 부채꼴 각이 60°, 탐측기 행 수량이 32, 행 사이의 간격이 1.5mm일 때, 완벽한 투영데이터 수집의 요구를 만족하려면, 최대 피치계수는 1.3이고, 대응되는 최대 피치는 3.9cm이여야 한다. 본 출원의 상술한 방법을 사용하면, 최대 피치는 6cm까지 증가될 수 있으며, 피치계수는 2이다.For example, when the rotation radius of the X-ray source is 50 cm, the distance from the radiation source to the probe is 80 cm, the sector angle of the probe is 60, the number of rows of the probe is 32, , The maximum pitch coefficient should be 1.3 and the corresponding maximum pitch should be 3.9 cm. Using the above-described method of the present application, the maximum pitch can be increased to 6 cm, and the pitch coefficient is 2.
도 9는 본 발명의 일 구체적인 실시예에서 피치가 3.9cm일 때의 재구성 결과를 나타낸다. 도 10은 본 발명의 일 구체적인 실시예에서 피치가 6cm일 때의 재구성 결과를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 주사 속도를 향상시킬 뿐만아니라, 재구성되는 이미지의 품질을 유지하고 있다.9 shows a reconstruction result when the pitch is 3.9 cm in one specific embodiment of the present invention. Fig. 10 shows a reconstruction result when the pitch is 6 cm in one specific embodiment of the present invention. As shown, the present invention not only improves scanning speed, but also maintains the quality of the reconstructed image.
일부 실시예에 따르면, 종래의 탐측기, 슬립 링 등을 이용하여 벨트속도를 더욱 향상시켜 통과율을 향상시킬 수 있어 폭파물 검출, 마약 검출 등 보안 분야에 응용될 수 있다. 또한, 상술한 상호보완투영을 이용하여 손실된 데이터를 보완하는 방법은 투영데이터가 완벽하지 않을 경우에 사용될 수 있는데, 피치계수가 1.5보다 클 경우에도 여전히 재구성 이미지의 품질을 확보할 수 있다. 동시에 이 실시예가 제공하는 재구성 알고리즘은 시프트 불변 필터링 형식(shift-invariant filtering form)을 가지는데, 거리 가중 계수를 가지지 않는 평행 빔 역투영 방법을 사용하고, 최소의 180도 역투영 각도 범위를 사용하며, 비선형 방정식 계산을 하지 않아도 되므로, 종래 기술에 비하여 대폭 간단화되였으며, 보안 실시간화 요구를 만족시킬 수 있다. According to some embodiments, the belt speed can be further improved by using a conventional probe, a slip ring, etc., and the passing rate can be improved, so that the present invention can be applied to security fields such as detonation detection and drug detection. In addition, the method of compensating lost data using the complementary projection described above can be used when the projection data is not perfect. Even if the pitch coefficient is larger than 1.5, the quality of the reconstructed image can still be secured. At the same time, the reconstruction algorithm provided by this embodiment has a shift-invariant filtering form, using a parallel beam back projection method without a distance weighting factor, using a minimum of 180 degrees back projection angular range , It is unnecessary to calculate the nonlinear equations. Therefore, it is much simpler than the conventional technique, and the security real time requirement can be satisfied.
상기 상세한 설명에서는 구조도, 흐름도 및/혹은 예를 통하여 재구성 방법 및 나선형 CT 시스템의 여러 실시예에 대해 설명하였다. 이러한 구조도, 흐름도 및/혹은 예가 하나 혹은 복수 개의 기능 및/혹은 조작을 포함하는 경우, 당업자들은, 이러한 구조도, 흐름도, 혹은 예에서의 기능 및/혹은 조작마다 각종 구조, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어(Firmware) 혹은 이들의 임의의 조합을 통하여 개별적 및/혹은 공통적으로 실현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에 있어서, 본 발명의 실시예에서 설명한 주제의 일부는 ASIC(Application Specific Integrated Circuits), FPGA(Field Programmable Gate Array), DSP(Digital Signal Processor), 혹은 기타 직접 방식을 통하여 실현될 수 있다. 당업자들은, 여기에서 개시되는 실시예의 일부 측면은 전체 혹은 일부가 등가적으로 직접 회로에 실현될 수 있으며, 한대 혹은 여러대의 컴퓨터 상에서 실행되는 하나 혹은 복수 개의 컴퓨터 프로그램(예를 들면, 하나 혹은 복수 개의 컴퓨터 시스템에서 실행되는 하나 혹은 복수 개의 프로그램)으로 실현될 수 있고, 하나 혹은 복수 개의 프로세스에서 실행되는 하나 혹은 복수 개의 프로그램(예를 들면, 하나 혹은 복수 개의 마이크로 프로세스에서 실행되는 하나 혹은 복수 개의 프로그램)으로 실현될 수 있고, 펌웨어로 실현될 수 있거나, 혹은 상술한 방식의 임의의 조합으로 실현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한 당업자들은, 본 개시에 의하여 회로 설계 및/혹은 소프트웨어로의 쓰기 및/혹은 펌웨어 코딩 능력을 가지게 된다. 또한, 당업자들은, 본 개시의 원리는 여러가지 형식의 프로그램 상품으로 배포할 수 있으며, 실제로 배포를 위한 신호 탑재 매질의 구체적인 유형을 막론하고, 본 개시의 예시적인 실시예는 전부 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 신호 탑재 매질의 예로는, 플로피 디스켓, 하드 드라이버, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD), 디지털 자기 테이프, 컴퓨터 메모리 등과 같은 기억형 매질; 및 디지털 및/혹은 아날로그 통신 매질(예를 들면, 광섬유 광케이블, 도파관, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크 등)과 같은 전송형 매질을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.In the foregoing detailed description, various embodiments of the reconstruction method and the spiral CT system have been described by way of structural diagrams, flowcharts and / or examples. It will be appreciated by those skilled in the art that such a structure, a flowchart, and / or an example may include one or more functions and / or operations, (Firmware), or any combination thereof. In one embodiment, some of the topics described in the embodiments of the present invention may be implemented through application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs), digital signal processors (DSPs) Those skilled in the art will recognize that some aspects of the embodiments disclosed herein may be embodied in whole or in parts in their entirely equivalent circuitry and that one or more computer programs running on one or more computers (e.g., One or a plurality of programs executed in one or a plurality of microprocesses) and executed by one or a plurality of processes (for example, one or a plurality of programs executed in one or a plurality of microprocesses) ), May be implemented in firmware, or may be It will also be appreciated by those skilled in the art that the present disclosure has the ability to write to and / or write firmware and / or firmware to circuit design and / or software. Those skilled in the art will also appreciate that, It will be appreciated that the principles of the present disclosure may be distributed in various types of program products and that all exemplary embodiments of the present disclosure may be applied, regardless of the specific type of signal bearing medium actually being deployed. Examples of media include storage media such as floppy diskettes, hard drives, compact discs (CD), digital versatile discs (DVD), digital magnetic tape, computer memory, and the like, as well as digital and / or analog communication media Optical cable, waveguide, wired communication link, wireless communication link, etc.) It is, but is not limited to this.
비록 일부 전형적인 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나 여기에서 사용되는 용어들은 설명을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 발명은, 발명의 취지 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 방식으로 구체적으로 실시될 수 있다. 따라서 상술한 실시예는 임의의 상술한 특정적인 부분에 의해 한정되지 않으며 특허 청구의 범위에 의해 한정되는 취지 및 범위 내에서 광범위하게 해석될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서 특허 청구의 범위 및 그 등가 범위에 속하는 모든 변경 및 개량은 본 출원의 특허 청구의 범위에 속한다는 것을 이해하여야 한다.Although the invention has been described with reference to certain exemplary embodiments, it is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of description and is not intended to be limiting of the invention. The present invention may be embodied in various ways without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are not limited by any of the above-described specific portions, but can be construed broadly within the spirit and scope defined by the claims. It is therefore to be understood that the appended claims are intended to cover all modifications and equivalents falling within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (5)
콘 빔 나선형 CT 시스템의 피치 및 복수 행의 탐측기의 행 사이의 간격에 의해 Tam window를 피복하는데 필요한 탐측기의 최소 행 수량을 계산하는 단계;
상기 콘 빔 나선형 CT 시스템의 탐측기 행 수량이 상기 최소 행 수량보다 작을 경우, 상호보완하는 투영데이터에 대하여 가중 처리를 진행함으로써 손실된 투영데이터를 보완하는 단계;
보완된 투영데이터를 원추각을 가지는 평행 빔 데이터로 재배열하는 단계;
재배열 후의 평행 빔 데이터에 대해 원추각 코싸인 가중 처리를 진행한 후, 평행 빔 데이터로 재배열 할 때 정의한 가상 탐측기의 행 방향에 따라 일차원 필터링을 진행하는 단계; 및
필터링을 마친 데이터에 대해 가중 처리를 거치지 않은, 원추각을 가지는 평행 빔 역투영을 진행하여, 재구성 이미지를 얻는 단계; 를 포함하는
콘 빔 나선형 CT 재구성 방법.Cone Beam Spiral CT reconstruction with cone beam helical CT system,
Calculating a minimum row count of a probe required to cover the Tam window by the pitch of the cone beam helical CT system and the spacing between the rows of the probes of the plurality of rows;
Complementing the lost projection data by performing weighting processing on the complementary projection data when the number of rows of the probe of the cone beam helical CT system is smaller than the minimum number of rows;
Rearranging the complementary projection data into parallel beam data having a cone angle;
Performing one-dimensional filtering according to a row direction of a virtual probe defined when rearranging parallel beam data after rearranging into parallel beam data after proceeding with cone angle cosine weighting processing on rearranged parallel beam data; And
Proceeding a parallel beam backprojection having a cone angle that is not weighted for the filtered data to obtain a reconstructed image; Containing
Cone beam helical CT reconstruction method.
상호보완하는 투영데이터에 대하여 가중 처리를 진행함으로써 손실된 투영데이터를 보완하는 단계는,
일 때,
일 때,
을 실행하는 단계를 포함하며,
여기서, s는 탐측기 행(원추각) 방향 좌표를, α는 탐측기 열(부채꼴 각) 방향 좌표를, λ는 투영각을, smin은 탐측기 행(원추각) 방향 좌표의 최소값을, smax는 탐측기 행 (원추각) 방향 좌표의 최대값을, R은 X레이 광원의 회전 반경을, h는 슬립 링이 일회 회전할 때 벨트가 전진하는 거리 즉 피치를, D는 X레이 광원으로부터 기둥 면 탐측기까지의 거리를 나타내며, P(.)는 투영데이터를 나타내는, 콘 빔 나선형 CT 재구성 방법.The method according to claim 1,
The step of compensating lost projection data by progressing a weighting process on the mutually complementary projection data includes:
when,
when,
The method comprising:
Where s is the coordinate of the probe row (cone angle), a is the probe column (sector angle) direction coordinate, lambda is the projection angle, smin is the minimum value of the direction of the probe row (cone angle) Where R is the radius of rotation of the X-ray source, h is the distance or pitch at which the belt advances when the slip ring rotates once, D is the distance from the X-ray source to the column surface probe And P (.) Represents the projection data.
상기 일차원 필터링에서는 R-L 콘벌루션 커널을 사용하는, 콘 빔 나선형 CT 재구성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the one-dimensional filtering uses an RL convolution kernel.
상기 콘 빔 나선형 CT 시스템의 탐측기 행 수량이 상기 최소 행 수량보다 작을 경우, 상호보완하는 투영데이터에 대하여 가중 처리를 진행함으로써 손실된 투영데이터를 보완하는 장치;
보완된 투영데이터를 원추각을 가지는 평행 빔 데이터로 재배열하는 장치;
재배열 후의 평행 빔 데이터에 대해 원추각 코싸인 가중 처리를 진행한 후, 평행 빔 데이터로 재배열 할 때 정의한 가상 탐측기의 행 방향에 따라 일차원 필터링을 진행하는 장치; 및
필터링을 마친 데이터에 대해 가중 처리를 거치지 않은, 원추각을 가지는 평행 빔 역투영을 진행하여 재구성 이미지를 얻는 장치;를 포함하는
콘 빔 나선형 CT 시스템.An apparatus for calculating a minimum row count of a probe required to cover a Tam window by a pitch of a cone beam helical CT system and a spacing between rows of probes of a plurality of rows;
An apparatus for compensating lost projection data by progressing a weighting process on complementary projection data when the number of rows of probes of the cone beam helical CT system is smaller than the minimum number of rows;
A device for rearranging the complementary projection data into parallel beam data having a cone angle;
A device for performing one-dimensional filtering according to a row direction of a virtual probe defined when rearranging parallel beam data after rearranging into parallel beam data after proceeding with a cone angle cosine weighting process on rearranged parallel beam data; And
And a device for obtaining a reconstructed image by proceeding with a parallel beam backprojection having a cone angle that is not weighted for the filtered data
Cone beam spiral CT system.
상호보완하는 투영데이터에 대하여 가중 처리를 진행함으로써 손실된 투영데이터를 보완하는 장치는,
일 때,
일 때,
을 실행하는 장치를 포함하는데
여기서, s는 탐측기 행(원추각) 방향 좌표를, α는 탐측기 열(부채꼴 각) 방향 좌표를, λ는 투영각을, smin은 탐측기 행(원추각) 방향 좌표의 최소값을, smax는 탐측기 행 (원추각) 방향 좌표의 최대값을, R은 X레이 광원의 회전 반경을, h는 슬립 링이 일회 회전할 때 벨트가 전진하는 거리 즉 피치를, D는 X레이 광원으로부터 기둥 면 탐측기까지의 거리를 나타내며, P(.)는 투영데이터를 나타내는, 콘 빔 나선형 CT 시스템.5. The method of claim 4,
An apparatus for compensating lost projection data by performing a weighting process on mutually complementary projection data,
when,
when,
Lt; RTI ID = 0.0 >
Where s is the coordinate of the probe row (cone angle), a is the probe column (sector angle) direction coordinate, lambda is the projection angle, smin is the minimum value of the direction of the probe row (cone angle) Where R is the radius of rotation of the X-ray source, h is the distance or pitch at which the belt advances when the slip ring rotates once, D is the distance from the X-ray source to the column surface probe Distance, and P (.) Represents the projection data.
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